JPH06256699A - 水性ボールペン用インキ組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 着色剤・水・極性溶剤・無機質微粒子からな
る剪断減粘性剤および調整添加剤から構成される水性ボ
ールペン用インキ組成物。 【効果】 本発明の水性ボールペン用インキは、剪断減
粘物性を呈することで筆跡の線割れやかすれやボテの少
ない水性ボールペンインキの長所と、インキ収納管内に
直接収納できる油性ボールペン用インキの長所を兼備し
た優れたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水性ボールペン用インキ
に関し、更に詳しくは油性ボールペンの長所を有した水
性ボールペン用インキに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ボールペン用インキとしては、溶剤が水
や水溶性溶媒からなり１０センチポイズ以下である低粘
度の水性ボールペン用インキと、鉱物油・多価アルコー
ル・脂肪酸・セルソルブなどの油性溶媒からなり１００
０〜２００００センチポイズの粘度である油性ボールペ
ン用インキが一般的である。油性ボールペン用インキを
使用する油性ボールペンは、小径のインキ収納管から供
給されてボールに付着したインキがボールの回転によっ
て紙面に転写され、その転写された量のインキが再び収
納管からボールに供給される構造になっている。水性ボ
ールペン用インキを使用する水性ボールペンは、細かい
繊維をかためた中継誘導芯の毛細管作用によってボール
面や紙面へ供給される構造になっている。

【０００３】前記した水性ボールペン用インキ及び油性
ボールペン用インキはそれぞれ優れた長所を有している
反面、筆記描線が二本とか三本にわかれる線割れ現象、
筆記面に対してインキ量が不足するかすれ現象、筆記中
にチップ先端にインキがたまって筆記面にインキが断続
的に落下するボテ現象、インキが筆記面に筆記線に対し
て幅方向に不規則な形状で広がるにじみ現象などいろい
ろな問題点を有している。

【０００４】例えば、水性ボールペン用インキは粘性が
低いために、ペン先へのインキ供給は毛細管作用を利用
しており、ボールペン先端部と紙が接触さえすればその
接点に毛管作用が働きインキは供給され筆圧をあまり加
えなくても紙面に良好な筆跡が得られる。そのため線割
れ、かすれ、およびボテ現象の発生が起こり難くなって
いる反面、紙面に転写後も毛細管作用が働き筆記描線が
にじみ易く、またインキ収容管に直接インキを収容する
と振動や衝撃でインキが洩れ出しボールへの供給量が不
安定になるため、細かい繊維をつめた中継誘導芯を有し
た複雑な構造が必要となり、更にインキ残量が確認しに
くいといった問題を有している。一方、油性ボールペン
用インキは粘性が高いために小径のインキ収納管に直接
インキを収納できて構造が簡単なことやインキ収納管に
透明な材質を使用することでインキ残量の確認が可能な
こと、また紙面に転写されたインキもにじまないことな
どの特徴がある反面、回転したボールと接触した紙面の
みにインキが転写されるためにボールの回転が不安定な
挙動を呈すると線割れやかすれが発生し易いこと、紙面
にインキが浸透しにくいため未転写のインキによって汚
れが生じるボテ現象が発生しやすいことなどの問題点を
有している。

【０００５】このような問題点を解決するための対策案
が最近いくつか報告されている。例えば、特開昭５４−
９８８２６ではゲル化剤（ベンジルソルビトールおよび
ベンジリデンキシリトールまたはこの誘導体）と水溶性
糊剤を添加しインキにチクソトロピー性を与えた水性ボ
ールペン用インキを開示している。米国特許第４６７１
６９１号では、水分散性の Gam or Resin を添加しイン
キに剪断減粘性物質を与えその減粘指数の範囲が０．０
１から０．６である水性ボールペン用インキと粘弾性フ
ォロアーからなるボールペンを開示している。米国特許
第７２６８４５号では、疑似可塑性樹脂を添加しインキ
に剪断減粘性を与えその減粘指数の範囲が０．０２から
０．１８である水性ボールペン用インキを開示してい
る。これらに示された水性ボールペン用インキに使われ
ている剪断減粘性剤もしくは疑似可塑性剤はすべて樹脂
あるいは高分子化合物から構成されている。しかしこれ
らは紫外線・オキシダントなどのラジカル活性物による
酸化や微生物に対する汚染を受け経時的に変質・劣化す
る可能性がありインキの粘度や剪断減粘性指数の安定性
にも問題が生じるため満足するものではない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、上記の従来技術の問題点を解決することで
ある。すなわち、本発明の目的は経時的に安定な粘性
と、適度な剪断減粘性指数を有し、油性ボールペンなみ
のインキ供給構造を有するペン体に充填することが可能
で、インキが筆記面で筆記線に対して幅方向に不規則な
形状で広がるいわゆるにじみ現象が少なく、筆記中にチ
ップ先端にインキがかたまって筆記面にインキが断続的
に落下するボテ現象がない水性ボールペン用インキ組成
物を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を検討の結果、特定の無機質微粒子を剪断減粘性剤に用
いることによりボテ現象が生じない油性ボールペンイン
キ同程度にインキの漏れが少ない水性ボールペンインキ
を得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

【０００８】本発明の水性ボールペン用インキ組成物
は、着色剤、水、極性溶媒、無機質微粒子からなる剪断
減粘性剤および調整添加剤から構成されることを特徴と
する。

【０００９】本発明のインキ組成物に用いる剪断減粘性
剤は無機質単体および無機化合物からなる群より選ばれ
た少なくとも一種の平均粒子径が２μｍ以下の無機質微
粒子を用いるのが好ましい。この平均粒子径はインキ組
成物の剪断減粘性機能に関連し、粒子径が大きい場合は
インキ中で分散しにくいため沈降したり凝集体を構成し
なかったりして好ましくなく、特に平均粒子径が２μｍ
以上になると沈降も増加し剪断減粘疑似可塑性機能が低
下してくるので適当ではない。また、無機質微粒子の配
合量はインキ粘度と関連性がある。配合量が多い場合は
三次元的な網目構造が大きく成長したり、多く生成した
りするためにインキ粘度が大きくなる。特に３０重量部
％以上添加すると従来の油性ボールペン用インキ並の粘
性を示し、筆記性能が低下してしまうため適当ではな
い。

【００１０】上記の無機微粒子は無機単体、無機化合
物、無機化合物の集合体もしくは混合物からなるが、具
体的には、つぎに示す無機物質の群から選ばれた少なく
とも１種類以上から構成された微粒子粉末で粒子径が２
μｍ以下の粉体が示される。その無機化合物としては、
無水ケイ酸・含水ケイ酸・含水ケイ酸カルシウム・含水
ケイ酸アルミニウム・ケイ酸アルミニウムマグネシウム
・ケイ酸マグネシウム・酸化アルミニウム・酸化亜鉛・
酸化マグネシウム・二酸化チタン・硫酸バリウム・硫酸
鉛・硫酸ストロンチュウム・硫酸亜鉛・リン酸水素カル
シウム・リン酸亜鉛・りん酸亜鉛カルシウム・水酸化鉄
・水酸化マンガン・水酸化マグネシウム・炭酸カルシウ
ム・炭酸マグネシウム・塩基性炭酸マグネシウム・デッ
サント・ナクライト・クチソタイル・アンチゴラ・ヘマ
タイト・マグネタイト・フェライト・バリュウムフェラ
イト・ムライト・ジルコニア・リトポン・タルク・クレ
ー・カオリナイト・ハロサイト・白雲母・金雲母・黒雲
母・パイロフェライト・バーミキュライト・モンモリロ
ナイト・キプサイト・ベーマイト・クリストバライト・
クリスタライト・バイデライト・テルサイト・ラテライ
ト・ジュウエライト・ゼオライト・セライト・ベントナ
イト・クロライト・セリサイト・アロフェン・スメクタ
イト・ヒドロタルサイト・けい砂・カーボンブラック・
グラファイトなどがあげられる。この中でタルク、ベン
トナイト、リトポン、ゼオライトなどは無機化合物の集
合混合体である。また、これらの無機質微粒子は表面に
親水性処理施すことが好ましく、該処理によって剪断減
粘性、疑似可塑性、操作性が促進される。特に水溶性高
分子化合物で表面処理を施した粒子は高分子化合物自体
が有する溶媒や立体構造形成機能との相乗効果が期待で
きるためなおさら望ましい。

【００１１】本発明のインキ組成物に用いる着色剤とし
ては、水性系溶媒に溶解もしくは分散可能な染料及び顔
料がすべて使用可能であり、その具体例を挙げるとエオ
シン・フオキシン・ウォターイエロー＃６−Ｃ・アシッ
ドレッド・ウォターブルー＃１０５・ブリリアントブル
ーＦＣＦ・ニグロシンＮＢ・などの酸性染料やダイレク
トブラック１５４・ダイレクトスカイブルー５Ｂ・バイ
オレットＢＢなどの直接染料やローダミン・メチルバイ
オレットなどの塩基性染料やカーボンブラック・群青な
どの無機顔料や銅フタロシアニンブルー・ベンジシンイ
エローなどの有機顔料が使用でき、これら１種もしくは
２種類以上混合して使用できる。また、これらの使用量
は０．１から３０重量％が好ましい。

【００１２】本発明のインキ組成物は水を主溶剤として
用いるが、極性溶剤としては水に相溶性のある極性基の
有したすべての溶剤が使用できる。例えばエチレングリ
コール・ジエチレングリコール・トリエチレングリコー
ル・ポリエチレングリコール・プロピレングリコール・
エチレングリコールモノメチルエーテル・グリセリン・
ピロリドン・トリエタノールアミンなどが使用すること
ができる。その使用量は組成物中５〜５０重量％、好ま
しくは１０〜３０重量％である。

【００１３】調整添加剤としては、防錆剤としてベンゾ
トリアゾール、ジシクロヘキシルアンモニウムナイトラ
イト、ジイソプロピルアンモニウムナイトライト、トリ
ルトリアゾール、サポニン類などｐＨ調整剤として、ア
ンモニア、尿素、モノエタノールアミン、ジエタノール
アミン、トリエタノールアミン、トリポリリン酸ナトリ
ウム、炭酸ナトリウムなど炭酸やリン酸のアルカリ金属
塩、水酸化ナトリウムなどアルカリ金属の水酸化物、防
腐剤もしくは防黴剤として、フェノール、ナトリウムオ
マジン、ペンタクロロフェノールナトリウム、１，２‐
ベンズイソチアゾリン３‐オン、２，３，５，６‐テト
ラクロロ‐４（メチルスルフォニル）ピリジン、安息香
酸ナトリウムなど、安息香酸やソルビン酸やデヒドロ酢
酸のアルカリ金属塩、ベンズイミダゾール系化合物など
があげられる。潤滑剤としてポリオキシエチレンラウリ
ルエーテルなどのポリアルキレングリコール誘導体、脂
肪酸アルカリ塩、ノニオン系界面活性剤、パーフルオロ
アルキルリン酸エステルなどフッ素系界面活性剤、ジメ
チルポリシロキサンのポリエチレングリコール付加物な
どのポリエーテル変性シリコーンなどがあげられる。

【００１４】本発明の水性ボールペンインキ製造法は、
他の水性ボールペンインキの製造法と比べて特に注意す
るべきことはなく、撹拌温度、濾過方法など水性ボール
ペンインキとして常識的な範囲であれば何等問題ない。
染料を着色剤として用いる場合は、室温下で水と保湿性
を有する水溶性の有機溶剤を撹拌し、粘度調節用の増粘
剤を加えて均一になるまで溶解させる。つぎに染料と必
要に応じた添加剤を加える。この際ｐＨ調整剤は染料よ
り先に入れる方が好ましい場合もあるが、どのような配
合順序でも出来上がったインキ性能には影響を与えな
い。

【００１５】本発明に係るインキの製造において、配合
剤と均一に溶解または分散した後、濾過することが望ま
しい。これは未溶解物やゴミの混入によるペン先のボー
ル周辺部分で目詰まりをさけるためである。濾過は通常
の濾紙を用い工業生産的には加圧濾過が最も効率がよい
と思われるが、常圧でも減圧濾過でもインキ性能に影響
はない。濾過に際してはセライトなどの濾過助剤を用い
ると更に効率よく濾過できる。

【００１６】着色剤に顔料を用いる場合や、染料と顔料
を併用する場合は調整手順に若干の制約を受ける。これ
は顔料を分散する歳にかかる剪断力によって添加する増
粘剤の分子が寸断されてしまいインキに適度な粘度が与
えられない場合があるからである。これを避けるために
例えば次のような方法でインキが調整される。水と水溶
性有機溶剤に分散剤と顔料、必要に応じて増粘剤以外の
添加物の一部又は全部を加える。この際に水と水溶性有
機溶剤は最終的な希望配合量の全量を用いず、三本ロー
ルミル、ビーズミル、ニーダーなど、使用する分散器で
最も効率良く顔料分散できる粘度になるような配合量と
する。分散器で均一に分散した後に、遠心分離や濾過に
よって顔料の粗大粒子及び未溶解物及び混入固形物を取
り除いた後、残りの水及び添加剤を加え増粘剤を添加
し、均一になるまで撹拌してインキを得る。最後にもう
一度濾過して粗大な固形物を取り除く方が好ましい。

【００１７】

【作用】本発明のインキ組成物の剪断減粘性とは、静止
状態あるいは外力の小さいとき（低剪断力）は極めて流
動しがたくて大きな見かけ粘度を示し、外力が増大する
（高剪断力）と流動性が極めて上昇し粘度も急激に減少
していく状態を示し、疑似可塑性も同様な物性を示すこ
とを表現している。

【００１８】すなわち、本発明における無機質微粒子
は、水性ボールペン用インキ中に均一に分散することに
より、粒子の表面エネルギーや溶媒和などの相互作用の
影響を受け一次疑似体やそれらの集まりである二次疑似
体が三次元的な網目構造を形成し見かけのインキ粘度を
大きくなり、強い外力が加わると網目構造が崩壊しイン
キ粘度が減少傾向を示し、外力が止まり静止状態に戻る
と粒子疑似体の網目構造が再び生成しインキ粘度が元の
状態に戻る剪断減粘性機能を示す。疑似可塑性あるいは
剪断減粘性があるため、中継誘導芯を使用しないインキ
供給構造を有するペン体のインキ収容管に直接充填で
き、筆記時のボール高回転によって大きな剪断力を受け
ることによって粘性が低下し、通常の水性ボールペン用
インキ並の筆記性能である線割れ、かすれ、ボテなどの
現象が少ない描線を得ることができる。またインキ物性
を経時的に安定に保つことができるものである。

【００１９】

【実施例】以下実施例によって本発明を更に具体的に説
明するが、本発明はこの実施例によって何等限定される
ものではない。 実施例１ 下記の組成で配合し、三本ロールによって三回混練し水
性ボールペン用インキ組成物を製造した。 黒色染料["ダイレクトブラック１５４"オリエント化学工業(株)製] ４０．０部 エチレングリコール １９．０〃 ジエチレングリコール １０．０〃 水 ２５．０〃 無水ケイ酸["アエロジル‐２００"日本アエロジル(株)製] １．０〃 界面活性剤["エマルゲン９１０"花王アトラス社製] ２．０〃 ベンゾトリアゾール ０．５〃 オレイン酸カリウム ０．５〃

【００２０】実施例２ エチレングリコール１５部、無水ケイ酸５部とする以外
は、実施例１に準拠して水性ボールペン用インキ組成物
を製造した。

【００２１】実施例３ 無水ケイ酸１．０部を合成ケイ酸マグネシウム["ラポナ
イトＳ"ラポルテインダストリー製]１．０部にかえる以
外は実施例１に準拠して水性ボールペン用インキ組成物
を製造した。実施例４ 無水ケイ酸１．０部を親水性処理剤合成スメクタイト["
スメクタイトＳＷＦ"コープケミカル(株)製]１．０部に
かえる以外は実施例１に準拠して水性ボールペン用イン
キ組成物を製造した。

【００２２】実施例５ 下記の組成で配合し、三本ロールによって三回混練し水
性ボールペン用インキ組成物を製造した。 黒色染料["ダイレクトブラック１５４"オリエント化学工業(株)製] ４０．０部 エチレングリコール １８．０〃 ジエチレングリコール １０．０〃 水 ２５．０〃 アルミニウムマグネシウムシリケイト ["ＡＴＴＡＧＥＬ５０"エンゲルハルト社製] ２．０〃 界面活性剤["エマルゲン９１０"花王アトラス社製] ２．０〃 ベンゾトリアゾール ０．５〃 オレイン酸カリウム ０．５〃

【００２３】実施例６ 無水ケイ酸１．０部をモンモリロナイトが主成分で、ガ
ムセルロースで親水処理されたベントナイト["ＯＰＴＩ
ＧＥＬ‐ＷＭ"日産ガードナー触媒製]１．０部にかえる
以外は実施例１に準拠して水性ボールペン用インキ組成
物を製造した。

【００２４】実施例７ 下記の組成で配合し、三本ロールによって三回混練し水
性ボールペン用インキ組成物を製造した。 黒色染料["カーボンブラックＳＢ‐６"デグサ社製]*1 １０．０部 エチレングリコール ２１．０〃 ジエチレングリコール １０．０〃 水 ５５．０〃 界面活性剤["エマルゲン９１０"花王アトラス社製] ２．０〃 ベンゾトリアゾール ０．５〃 ポリビニルピロリドン ["ＰＶＰ Ｋ‐９０"ＧＡＦ社製] １．０〃 （*1、剪断減粘性剤を兼ね備えた着色剤である）

【００２５】比較例１ 下記の組成を有する油性ボールペン用インキを調整し
た。 染料["VALI FAST VIOLET 1701"オリエント化学(株)製] １５．０部 ["Spillon Black GMH"保土谷化学工業(株)製] ２０．０〃 ベンジルアルコール １０．０〃 フェノキシエタノール ４０．０〃 ["ハイラック＃１１０"日立化成工業(株)製] １１．５〃 ["ルビスコールＫ‐９０"ＢＡＳＦ社製] ０．５〃 オレイン酸 ３．０〃

【００２６】比較例２ 無水ケイ酸を使用せず、エチレングリコールを２０．０
部とする以外は実施例１と同様にしてインキ組成物を製
造した。

【００２７】実施例、比較例で得られたインキ組成物を
つぎの方法で試験を行ないその結果を表１、表２に示し
た。試験には、中継誘導芯をのない内径３．５mmポリプ
ロピレン製、インキ収納管を有し、０．５mmのボールを
有する油性ボールペン用のペン体を用いた。 ａ．インキ漏れ出し試験 インキを充填したボールペンのペン先を下に向け２４時
間経過したペン先状態およびインキ量の変化を肉眼で確
認し、インキの漏れ出しの有無を判定した。 ｂ．筆記感試験 アットランダムに選出した５０人にインキを充填したボ
ールペンでの筆記を依頼し筆記感を４段階の解答を得る
アンケート調査を行ない、その人数を集計した。 ｃ．ボテの有無確認試験 ｂの筆記感試験で使用した５０本のボールペンのペン先
や筆跡を確認しボテ現象の有無を３段階で判定し、その
本数を集計した。 ｄ．インキ粘度 ＥＭＤ型粘度計を使用し、２５℃において４種類の剪断
速度下で測定した。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】 表１、表２の結果より実施例のインキは中継誘導芯のな
い油性ボールペン構造のペン体に充填しても筆記抵抗感
が良好で、ボテ現象が発生しにくく、インキの漏れだし
が少ないのが明白である。

【００３０】

【発明の効果】本発明の水性ボールペン用インキは、剪
断減粘物性を呈することで筆跡の線割れやかすれやボテ
の少ない水性ボールペンインキの長所と、インキ収納管
内に直接収納できる油性ボールペン用インキの長所を兼
備した優れたものである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 着色剤・水・極性溶剤・無機質微粒子か
   らなる剪断減粘性剤および調整添加剤から構成される水
   性ボールペン用インキ組成物。
2. 【請求項２】 剪断減粘性剤が無機質単体および無機化
   合物からなる群より選ばれた少なくとも１種類の平均粒
   子径が２μｍ以下の無機質微粒子である請求項１記載の
   水性ボールペン用インキ組成物。
3. 【請求項３】 無機質微粒子が均一に分散してなり、剪
   断減粘性および疑似可塑性を有する状態の請求項１もし
   くは２記載の水性ボールペン用インキ組成物。